Turbulence sous critique dans les disques daccrtion astrophysiques

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Turbulence sous critique dans les disques
daccrétion astrophysiques
Geoffroy Lesur Pierre-Yves Longaretti
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Motivation astrophysique

• Disques daccrétion et jets présents dans une
  variété de systèmes astrophysiques
• Leur dynamique impose la présence dun transport
  turbulent efficace dans les disques
• ?t a cs H
• 10-3 lt a lt 10-1
• Mécanismes ? a ?

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Controverse

• Les disques hydrodynamiques
  sont linéairement stables
• Simulations è absence apparente de turbulence
  dans les écoulments de type disque purement
  hydrodynamiques (Balbus, Hawley 1996, 1999) (à
  tout Reynolds ?!)
• Expériences de laboratoire è turbulence sous
  critique dans des écoulements semblables aux
  disques astrophysiques (Richard, Zahn 1999)
• Raisons de léchec de Balbus Hawley ?
  Pertinence des expériences de labora-toire ?

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Effet de la rotation
Expériences (Richard 00)
Simulations (HBW99)
Perte de turbulence pour une rotation
képlérienne
RPC R-PC 1400 a a- 25000 (x2
?)
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Codes numériques

• Zeus3D (Norman, Clarke, Stone)
• Différences finies
• Code compressible
• Testé abondamment dans la communauté
  astrophysique
• Non parallélisé
• Mini-zeus Développé au Laog
• Différences finies
• Code compressible
• Algorithme de Zeus3D (cartésien).
• Parallélisé OpenMP et MPI.
• Autorise de nombreuses conditions aux limites.
• ADISS Développé au Laog
• Code Fourier 3D
• Incompressible
• Parallélisé MPI.
• Nautorise que les conditions aux limites
  shearing-sheet.

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Conditions aux limites shearing-sheet

• Utilisées par Hawley al pour létude des
  disques daccrétion.

t
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Ecoulement prototype-notations
W
Couette plan tournant
Re hUw/? Nombre de Reynolds RW 2?/S
Nombre de rotation Linéairement instable pour
-1ltRWlt0 Képlérien RW -4/3 Symétrie
cyclonique/anticyclonique
Anticyclonique Cyclonique
RW
0
-1
-4/3
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Coupes découlement, symétrie formelle
Anticyclonique (wy)
z
x
Cyclonique (wx)
z
y
z
x
x
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Evolution du RW critique en fonction du Reynolds
Re3000
Energie
Transport
RW

• Calculs effectués avec ADISS, 643 modes (80h
  cpu/run)

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Evolution de Rec en fonction de RW (643 modes)

• Augmentation du Reynolds critique conforme aux
  attentes
• Seuil dû à un effet de résolution (RW 0,22)
• Seuil (RW -1,04) du coté anticyclonique
• è La turbulence sous-critique peut être obtenue à
  des taux de rotations similaires aux disque
  astrophysique, du coté cyclonique.

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Mécanisme dauto-entretien
RW 0 mécanisme connu dauto-entretien connu
(Waleffe 97). Cyclonique rouleaux gtgt
stries Anticyclonique marginal stries gtgt
rouleaux très petits, donc fragiles
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Conclusions et perspectives

• La rotation en zone linéairement stable nempêche
  pas lapparition de la turbulence.
• La symétrie formelle est observée pour les
  grosses structures turbulentes.
• Mais
• Turbulence anticyclonique (643, boîte cubique)
  bloquée à RW -1.04
• Rôle du rapport daspect, des petites échelles ?
  (coûteux en temps de calcul)